[发明专利]制备LiFePO4的溶剂热方法

说明书

技术领域

该发明涉及一种制备LiFePO₄的方法，具体来说，是涉及一种制备LiFePO₄的溶剂热方法。

背景技术

当今世界能源问题已经不容忽视，全球都在呼吁节能、环保材料，在这样的大环境下，电动车的发展应运而生，需要解决的问题又集中到电池上，而目前电池的发展竞争很激烈，锂离子电池的正极材料种类较多，主要品种有钴酸锂、锰酸锂、镍锰钴三元材料及磷酸铁锂(LiFePO₄)等，其中钴酸锂是现有正极材料中工业化程度最高、技术最成熟、产量最大的品种，主要用于手机、数码产品等小型电池领域，但由于原材料钴和镍金属的价格高昂，污染较重，且电池在大型化后，会有过热着火或爆的危险。故相对而言，正极材料为锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂的锂离子电池安全性能更好，成本更为低廉，所以目前产业的投入主要集中于这几种材料之上。其中，磷酸铁锂由于具有另外两种材料所不具备的循环寿命和材料成本方面的潜在优势，而被业界普遍看好，代表着动力电池正极材料的未来发展方向。

磷酸铁锂具有高的能量密度、低廉的价格、优异的安全性使其特别适用于动力电池。它的出现是锂离子电池材料的一项重大突破，成为各国竞相研究的热点。由于其自身的优势被广泛应用于混合动力汽车、电动工具、电动自行车、电动助力车、发电储能装置等各个领域。混合动力汽车(HEV)是未来数年内新能源汽车的主要发展方向。随着混合动力汽车产量的不断增加，混合动力汽车占有率的提升，磷酸铁锂电池市场规模将快速增长，也将拉动磷酸铁锂需求增长。

尽管磷酸铁锂拥有众多优点，但也有一些不足之处，特别是目前磷酸铁锂主要应用领域是动力锂离子二次电池，所以大电流放电时使得这些缺点显得更加突出：首先，其电导率低，纯LiFePO₄的电导率一般在10-10S/m这个数量级，这个问题严重制约着其作为高功率电池的实际应用；其次，因LiFePO₄结构为锂离子扩散提供的通道有限，锂离子在晶粒内部的嵌入和脱出速度慢，这导致当LiFePO₄用于高倍率放电时锂离子的嵌入和脱出速度小于界面化学变化速度，表现为高倍率放电时克容量较低且极化厉害；最后，其堆积密度及压实密度低导致电池的能量密度低；颗粒形貌难以控制导致其加工性能较差。这些问题导致其在商业化应用上存在很多障碍，所以必须从材料制备上解决LiFePO₄所面临的这些困难。在诸多提高LiFePO₄性能的方法中，减小LiFePO₄的粒径从而减小Li+在晶粒中的扩散距离，有助于大大提高LiFePO₄的高倍率冲放电性能。

在众多LiFePO₄的制备方法中，水热/溶剂热法是一种非常重要的方法，由于使用可溶性的物料为反应物使得合成过程中离子间可以均匀混合，从而得到比较好的晶型和很纯的物相，自从Shou-FengYang等第一次通过水热法合成LiFePO₄材料以来(Electrochemistry Communications，2001，3，205.)，水热/溶剂热法制备LiFePO₄材料得到了广泛的研究，利用水热法合成的LiFePO₄具有粒径偏大、不适于高倍率放电的缺点，但要通过溶剂热法合成出大量的小粒径LiFePO₄材料却一直是个难以解决的问题。

发明内容

通过水热/溶剂热法制备得到的LiFePO₄具有粒径偏大、不适于高倍率放电的缺点，本发明提供了一种以无定形的LiFePO₄为前驱体在无水溶剂中利用溶剂热法合成LiFePO₄的方法，通过本发明的方法制备得到的LiFePO₄具有粒径小、形貌可控的优点，该产物经处理后特别适用于高倍率放电的动力锂离子二次电池的正极材料。

根据本发明的一个方面，提供了一种制备LiFePO₄的溶剂热方法，包括以下几个步骤：

a.将可溶性磷源和可溶性二价铁盐溶于去离子水中，使用不与铁形成沉淀的酸调节所得溶液的pH值至溶液变澄清，得到溶液A；

b.将可溶性锂盐溶于去离子水中，搅拌均匀，得到溶液B；